[发明专利]一种从粉煤灰生产高纯氧化铝和硅酸盐的工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于粉煤灰资源化利用技术领域，具体涉及一种从粉煤灰生产高纯氧化铝和硅酸盐的工艺方法。 

背景技术

粉煤灰的主要成分为三氧化二铝和二氧化硅，两者的含量占其重量的85%以上，因此是较大的硅和铝的来源。2010年我国全年粉煤灰产生量约5亿吨，按30%含量计算，该年我国所产生的粉煤灰中氧化铝含量约为1.5亿吨。而2010年我国氧化铝的总产量才2994万吨，全世界（包括我国）总产量才8628万吨。此外，某些来源的粉煤灰含有较高浓度的氧化铁以及镓、锗等稀散、稀缺金属元素，我国西南地区的坑口电厂以及浙江的某些石煤电厂产生的粉煤灰中还含有较高浓度的铀或钍。虽然我国很多地区将粉煤灰用于建材，但每年仍有超过1.5亿吨新灰存留，放射性超标的粉煤灰目前还没有消耗的途径。存留的粉煤灰有严重的环境污染风险。 

总的说来，一方面，由于产生量大，粉煤灰成为我过大宗工业废物的最大单一来源；另一方面，粉煤灰资源丰富，目前处置粉煤灰的方式是一种严重的资源浪费，因为根据粉煤灰的组成不同，可以用来制取白炭黑、氧化铝、铁矿粉、镓、锗等产品，形成新的循环经济产业链，其中最重要的产品是氧化铝。但粉煤灰中的氧化铝以莫来石等矿相存在，难以回收。 

目前公开的粉煤灰资源化利用技术，基本上可以总结为以下几类：(1). 石灰石烧结法：即用石灰石为添加剂，和粉煤灰一起焙烧，然后用水或者氢氧化钠溶液将氧化铝浸出，例如中国专利CN201110287177.0（公开日期2012-02-15）；(2). 碱石灰烧结法：即同时用石灰石和碳酸钠为添加剂，和粉煤灰一起焙烧，然后用水或者氢氧化钠溶液将氧化铝浸出，例如中国专利CN201010573688.4（公开日期2011-03-30）；(3) 两步碱溶法：即先在较低温度下用氢氧化钠溶液脱去一部分硅，然后在高温下用浓氢氧化钠溶液溶出铝，如中国专利CN101966999A（公开日期2011-02-09）；(4) 预脱硅-碱石灰烧结法，即先用氢氧化钠溶液于100～140度预脱硅，然后用碳酸钠-石灰石烧结，用水溶出铝，如中国专利CN101284668 （公开日期2008-10-15）；(5) 硫酸铵法，即用硫酸铵为焙烧添加剂，然后用水溶出铝；(6). 酸浸法：将粉煤灰用机械法等作一定的处理，用硫酸或者盐酸在高温高压等条件下直接浸出三氧化二铝，例如中国专利CN102101689A（公开日期2011-06-22）、中国专利CN102101686A（公开日期2011-06-22）。 

已经公开的方法均存在各自的优缺点，如石灰石烧结法和碱石灰烧结法都存在大幅度增加固体废物量，石灰石烧结法和碱石灰烧结法每生产1吨氧化铝（约消耗2.5吨粉煤灰），产生9吨废渣，预脱硅-碱石灰烧结法产生4吨的废渣；此外，还存在焙烧温度高，能耗高等缺点。其它方法，虽然有固体废渣相对较少的优点，但都只针对粉煤灰中的铝，而把其它有用资源排到废渣里去了，形成了严重的资源浪费。 

由于在粉煤灰中氧化铝以莫来石矿相存在，且根据我们自己的实验结果，机械研磨等处理不能使莫来石发生相变，因此，已经公开的酸法，不论用硫酸还是盐酸，对氧化铝的浸出率都可能较低。此外，公开的酸法方法大多使用高温高压，在此类条件下操作浓酸会有很大的危险性，对容器的要求也很高。 

综上所述，现在已经公开的、资源化利用粉煤灰的专利技术，都存在各自的缺点，如能耗高、操作条件苛刻，流程复杂，综合成本高等问题，而且都存在尾渣的处理和二次污染等问题，此外，皆不适用于含铀、钍的放射性粉煤灰。 

发明内容

本发明的目的为克服目前技术的不足，提供一种从粉煤灰生产高纯氧化铝和硅酸盐的工艺方法。 

一种从粉煤灰生产高纯氧化铝和硅酸盐的工艺方法，包括步骤如下： 

（1）焙烧：将粉煤灰和碳酸钠球磨后混合均匀，用混合物质量的0～45%的水调制成浆，浆料于600～1000°C下焙烧1～6小时；冷却至室温后，用水洗涤除去未反应的碳酸钠以降低酸耗并回收碳酸钠；过滤，滤饼用酸浸取； 

（2）酸浸：将焙烧后的熟料和硫酸混合，搅拌下浸出氧化铝，浸出时间为30 min～6小时，浸出温度为20～95°C，过滤，余渣用水洗涤，洗涤后的水和滤液合并； 

（3）浓缩和结晶：合并后的溶液在加热条件下浓缩，然后向溶液中加入硫酸铵；冷却，过滤，冷水洗涤硫酸铝铵，收集硫酸铝铵晶体并与室温～100oC下 干燥，过滤后的母液和洗涤液合并，蒸发后，硫酸铵回用；